پژوهشگران دانشگاه میشیگان موفق به ساخت یک دستگاه نیمههادی جدید شدهاند که میتواند تنها با استفاده از نور، جریان الکترونها را در یک جهت مشخص هدایت کند. این دستاورد میتواند مسیر توسعه نسل جدید فناوریهای حسگری، تصویربرداری، مخابرات و ادغام سامانههای نوری و الکترونیکی را هموار کند.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از ساینس دیلی، محققان با استفاده از دو پرتو لیزر با طول موجهای متفاوت توانستند بدون اعمال هیچ میدان یا ولتاژ الکتریکی خارجی، جریان الکترونها را در یک نیمههادی ایجاد کرده و جهت حرکت آن را نیز کنترل کنند. آنها همچنین نشان دادند که با تغییر قطبش (پلاریزاسیون) دو میدان نوری میتوان مسیر حرکت این جریان را به دلخواه تغییر داد.
ییمینگ گونگ دانشجوی دکترای گروه فیزیک دانشگاه میشیگان و از نویسندگان اصلی این پژوهش گفت: دستگاهی که در مرکز ساخت نانومقیاس لوری (Lurie Nanofabrication Facility) تولید کردهایم این ظرفیت را دارد که در آینده به ابزاری برای اندازهگیری ویژگیهای مختلف نور تبدیل شود، اما ریشه این فناوری در یک پدیده بنیادی فیزیکی یعنی تداخل میان فرایندهای مختلف جذب نور قرار دارد.
در سامانه طراحیشده دو رنگ مختلف نور بهطور همزمان به نیمههادی تابانده میشوند. این دو پرتو الکترونها را از دو مسیر جذب نوری متفاوت اما با مقصد یکسان تحریک میکنند. در نتیجه به دلیل پدیده تداخل کوانتومی حرکت الکترونها در یک جهت تقویت و در سایر جهتها تضعیف میشود و جریان الکترونی به شکل یک پرتو باریک در مسیر دلخواه هدایت میشود.
استیون کاندیف استاد فیزیک دانشگاه میشیگان و نویسنده ارشد این مطالعه در توضیح این پدیده گفت: معمولا الکترونها در یک ماده زمانی حرکت میکنند که میدان الکتریکی به آن اعمال شود و سپس درون ماده پراکنده شده و بهتدریج پیش میروند اما در این روش تنها با استفاده از نور میتوان الکترونها را بدون نیاز به میدان الکتریکی مستقیما در یک جهت مشخص هدایت کرد.
به گفته وی مطالعات پیشین نشان داده بودند که نور میتواند بدون اعمال ولتاژ، جریان الکترونی تولید کند اما دستاورد جدید یک گام فراتر رفته است، زیرا علاوه بر تولید جریان، آن را در قالب یک مسیر باریک متمرکز کرده و امکان هدایت آن به مسیرهای مختلف را نیز فراهم میکند.
کاندیف این سازوکار را به عملکرد یک فانوس دریایی تشبیه کرد که با چرخاندن نور خود پرتو را به جهات مختلف هدایت میکند. در این فناوری نیز با تغییر قطبش دو میدان نوری همفاز، جهت پرتو الکترونی تغییر میکند.
پژوهشگران توضیح دادند که اساس این فناوری بر تداخل کوانتومی استوار است. نیمههادی انرژی نور را در قالب بستههای گسستهای به نام فوتون جذب میکند و این فوتونها حاملهای بار الکتریکی را به حرکت درمیآورند. هنگامی که دو مسیر جذب بهطور همزمان فعال باشند امواج کوانتومی حاصل از آنها برای الکترونهای در حال حرکت در یک جهت، یکدیگر را تقویت میکنند، اما در سایر جهتها باعث خنثی شدن یکدیگر میشوند.
ایده ساخت چنین سامانهای پیشتر توسط جی.ای. سایپ از دانشگاه تورنتو بهصورت نظری پیشبینی شده بود. اکنون تیم دانشگاه میشیگان با همکاری مرکز ساخت نانومقیاس لوری توانسته است این پیشبینی را به یک دستگاه عملیاتی تبدیل کند.
گونگ با اشاره به چالشهای ساخت این نیمههادی گفت: بزرگترین چالش اتصال مواد مختلف دستگاه به گونهای بود که هیچ میدان الکتریکی ناخواستهای در آن ایجاد نشود زیرا برای این کار روش استانداردی وجود نداشت. به همین دلیل با همکاری متخصصان مرکز ساخت نانومقیاس، ترکیبهای مختلف مواد و دماهای متفاوت را آزمایش کردیم تا در نهایت به فرآیند ساخت مناسب دست یابیم.
به اعتقاد پژوهشگران این فناوری میتواند در آینده نقش مهمی در توسعه ادوات اپتوالکترونیکی ایفا کند و با بهبود انتقال سیگنالها در داخل و میان دستگاههای الکترونیکی، ظرفیت انتقال اطلاعات در سامانههای مخابراتی، حسگرها و تجهیزات تصویربرداری را افزایش دهد.
انتهای پیام/